Автомобильный вариатор. Страхи и реальность
Источник фото: https://www.drive2.ru/l/481466522150109344/
Автомобиль в современном мире, прежде всего, это средство для комфортного передвижения из точки А, в точку Б. А современный автолюбитель, прежде всего, стал ценить комфорт удобство и надежность. Недаром, рекламные ролики автоконцернов, популяризуют комфорт, электронных помощников и легкость в управлении. И теперь автомобиль, оснащенный всеми помощниками, стал более лояльным к автовладельцу, а одним из таких помощников является автоматическая трансмиссия. Широкое применение автоматических коробок в автомобилестроении дало толчок к развитию инженерной мысли в данном направлении. Многообразие конструкторских решений в плане реализации идеи автоматической трансмиссии привело к тому, что порой автовладелец даже не догадывается, какой тип автоматической трансмиссии установлен на его автомобиле.
Многообразие коробок передач
Прежде всего, необходимо уточнить, что автоматической коробкой называют ту трансмиссию, где переключение передач осуществляется без участия водителя. Разберем, какие варианты автоматических трансмиссий существуют.
Источник фото: https://www.drive2.ru/l/1953170/
1. Гидротрансформаторные коробки переключения передач. Классический вариант автоматической коробки передач, принцип работы основан на передаче момента от двигателя к колесам посредством специальной жидкости ATF. На сегодняшний день это самый популярный вид АКПП. Применяют ее практически все автопроизводители без исключений. Вследствие чего такие коробки имеют разные названия (типтроник, стептроник и другие).
Источник фото: https://www.infotaller.tv/electromecanica/funcionan-cajas-cambio-automaticas_0_1103889618.html
2. Роботизированные, они же роботы представляют собой механическую коробку передач, в которой функции выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Автопроизводители так же называют их по-разному: Speedshift, SMG, Easytronic, Durashift EST и другие.
Источник фото: https://response.jp/article/2014/01/14/214827.html
3. Разновидность роботизированных коробок, преселективная. Можно сказать, это второе поколение роботизированных коробок. Основное их отличие от прародителя — это наличие отдельного сцепления для каждого вала четных и нечетных передач. Различные варианты конструктивных решений привели так же к многочисленным обозначениям данного вида трансмиссий у автопроизводителей. Основные и самые популярные DSG и PDK, SST, DSG, PSG, S-tronic
Источник фото: http://supreme2.ru/9595-chto-za-zver-korobka-peredach-dsg/
4. Вариаторные (вариатор), являются бесступенчатыми коробками передач. Обеспечивают в заданном диапазоне плавное изменение передаточного числа. Общепринятое обозначение CVT. Устанавливаются практически всеми автопроизводителями, и имеют свои обозначения Autotronic, Ecotronic, Durashift CVT, Lineartronic и другие.
Источник фото: https://www.in.gr/2001/10/07/auto/auto-news/i-jatco-anelabe-tin-kataskeyi-kibwtiwn-cvt-gia-ti-nissan.
Отличие вариатора от других коробок передач
Вариаторная коробка передач – это специальная механическая конструкция, предназначенная для передачи усилия двигателя бесступенчатым способом к колесам.
Устройство автомобильного вариатора
Классический вариатор — это два раздвижных шкива, соединённых клиновидным ремнем. Вариатор, применяемый в автомобилях, является более сложным устройством, потому что существует необходимость введения «задней скорости» и пониженных передач.
Источник фото: http://roadpart.ru/akpp/akpp-cvt-chto-eto.html
Принцип работы автомобильного вариатора
При увеличении оборотов двигателя приводится в действие гидротрансформатор, который передает крутящий момент на первичный вал (связанный с двигателем) . На первичном валу установлен ведущий специальный разрезной шкив (через него проходит ремень – см gif) и при воздействии на поверхность шкива привода (на gif – движущаяся часть «слева от ремня»), «половинки шкива» начинают сходиться, что приводит к увеличению трения между ними и клиновидным ремнем. Далее под действием трения клиновидного ремня усилие передается на аналогичный ведомый шкив (на gif – снизу), который приводит в движение вторичный вал, связанный с приводом колес. «Половинки» ведомого шкива в этот момент максимально сведены, то есть получается низшая передача. Далее при развитии оборотов происходит смена диаметров ведущего и ведомого шкивов относительно друг друга. Передаточное число увеличивается максимально. Ведомый вал вращает дифференциал, к которому присоединены полуоси ведущих колес. Задняя передача обеспечивается подсоединением к ведомому валу планетарного механизма, который и обеспечивает реверсивное движение ведомого вала. Управление диаметрами шкивом обеспечивает эл ектронная система.
При использовании вариатора нет резких рывков при переключении, обеспечивается более плавный ход и экономия топлива, так как электроника выбирает оптимальный режим оборотов двигателя и передаточное число шкивов.
Виды автомобильных вариаторов
Сегодня основное распространение получили вариаторы двух типов клиноременные и клиноцепные.
Клиноременный вариатор, состоит из двух шкивов, соединенных клиновидным ремнем. Шкив образуют два конических диска, которые могут сдвигаться или раздвигаться, обеспечивая, тем самым, изменение диаметра шкива. Для сближения конусов используется гидравлическое давление, центробежная сила, усилие пружин. Конические диски имеют угол наклона 20°, при котором обеспечивается перемещение ремня по поверхности шкива с наименьшим сопротивлением.
Источник фото: https://1gfe.ru/nissan-mitsubishi-citroen-dodge-honda-jeep-peugeot-renault/vse-modeli/remen-variator. -nis san-qr25de-2698/
Источник фото: http://www.tks.ru/forum/showthread.php?t=442065&page=3
ТАК ВЫГЛЯДИТ РЕМЕНЬ ВАРИАТОРА!
Клиноцепные вариаторы , основное отличие от клиноременного вариатора крутящий момент передается торцевой поверхностью специальной цепью при ее точечном контакте с коническими дисками.
Источник фото: http://kak-bog.ru/korobka-peredach-cvt-chto-eto-takoe
Плюсы (достоинства) и минусы (недостатки) автомобильного вариатора
Основными достоинствами вариатора является:
· плавность его переключения
· экономичность
· тихий. Данный вид трансмиссии является самым тихим среди своих конкурентов.
· быстрый. Так как отсутствуют ступени, вариатор является еще и одной из самых быстрых коробок.
Однако есть и недостатки, связанные с конструкцией.
· Одним из самых больших минусов является его ограничение на применение на мощных автомобилях.
· Кроме того вариатор очень не «любит» рваные режимы эксплуатации, резкие старты и суровое бездорожье.
· Обслуживание. Так же обслуживание вариатора требует определенных навыков и более щепетильного подхода.
Источник фото: https://sitecars.ru/mn/which-is-better-cvt-or-at-what-can-break-down -in-akpp/
Несмотря на то, что вариаторные трансмиссии уже заняли определенную нишу среди автопроизводителей, нет общего мнения о его надежности и сроке службы.
Дело в том, что встречаются мнения о том, что у вариатора срок службы ограничен 150 тысячами пробега, но есть мнение, что при должном уходе такой вид трансмиссии может эксплуатироваться свыше 300 тысяч без каких либо проблем. И владелец сталкивается с дилеммой, ремонт или его замена. Если автомобиль еще гарантийный то проблема решается сама собой — дилеры не ремонтируют вариаторы. Они заменяют вариатор на новый. А если гарантия закончилась, обычно приобретают контрактный вариатор, а это, как известно покупка кота в мешке.
Ремонт вариатора
Несмотря на то, что по конструкции вариатор самый простой вид автомобильной трансмиссии, его ремонт довольно дорогостоящая процедура. Связано это, прежде всего, с отсутствием, квалифицированного персонала. Но если вы попали к хорошему мастеру, вопрос ремонта решиться довольно быстро и качественно. После такого ремонта вы будете полностью уверенны в надежности трансмиссии.
Особенности масла для автомобильного вариатора
Залогом долгой и безотказной службы вариаторной трансмиссии является правильное, своевременное и качественное обслуживание. При кажущейся простоте конструкции, вариатор требует особого подхода к его содержанию.
Есть несколько правил, соблюдая которые можно избежать серьезных проблем.
1. Правило первое, своевременная замена масла в вариаторе. Связано это, в первую очередь, с тем, что масло в вариаторе несет на себе множество функций. А работает при этом в очень тяжелых условиях. Основные функции масла для вариатора:
· защита от трения металла о металл
· защита от проскальзывания ремня о шкивы
· привод гидравлики вариатора
· охлаждение вариатора во время эксплуатации
· предотвращение вспенивания жидкости
· содержание деталей вариатора в чистоте
· защита деталей от коррозии.
Во время эксплуатации свойства масла снижаются, и масло требует замены. При выборе жидкости для вариатора необходимо четко соблюдать спецификации, рекомендованные заводом изготовителем. Приобретать качественные жидкости только именитых производителей. И помнить, что жидкости ATF для гидромеханических автоматов абсолютно не подходят для трансмиссий вариаторного типа.
2. Второе правило: Бережная эксплуатация вариатора. Вариаторный тип трансмиссии не предназначен для жесткого стиля вождения. Кроме того, такой вид трансмиссии не любит режимов перегрева. Следует уделять особое внимание чистоте, радиаторов охлаждения трансмиссии. И не перегружать ее при эксплуатации. В случае если это произошло, настоятельно рекомендуем произвести процедуру замены масла.
Одной из компаний, занимающая лидирующие места в области жидкостей для обслуживания автомобиля является компания LIQUI MOLY. В ее ассортименте есть специальная жидкость для вариаторных коробок передач: НС-синтетическое трансмиссионное масло для вариаторов CVT Top Tec ATF 1400. Перечень соответствий и допусков позволяет применять данную жидкость в широком диапазоне вариаторов различных производителей. При этом быть абсолютно уверенным в качестве масла и надежности вариатора.
Вариатор CVT — Вариаторная коробка передач
Все знакомы с механической коробкой передач, многие знают, что такое автоматическая коробка передач. Но что такое вариатор – знают очень немногие. А ведь вариатор далеко не новинка.
Вариаторная коробка передач – в обиходе вариатор, является бесступенчатой коробкой передач, обеспечивает плавное изменение передаточного числа. Вариатор имеет общепризнанное название CVT (Continuously Variable Transmission), что в переводе означает – постоянно изменяющаяся трансмиссия.
Вариатор имеет преимущество по сравнению с другими коробками передач, оно заключается в эффективном использовании мощности двигателя за счет оптимального согласования нагрузки на автомобиль с оборотами коленчатого вала, тем самым достигается высокая топливная экономичность. Непрерывное изменение крутящего момента, отсутствие рывков обеспечивают высокий уровень комфорта при передвижении на автомобиле с вариатором.
Здесь нет толчков при трогании и «переключении». Вариатор непрерывно и плавно изменяет передаточное число по мере разгона или замедления автомобиля.
Из всего многообразия различных видов вариаторов на автомобилях нашли применение только два вида — клиноременный и тороидный вариаторы. Наибольшее распространение получил клиноременный вариатор. В настоящее время клиноременный вариатор используется многими автопроизводителями.
Пример работы клиноременного вариатора
В силу особенностей конструкции вариатор не может обеспечить реверсивного движения. Для осуществления движения задним ходом применяются дополнительные механизмы. В качестве такого механизма обычно используется планетарный редуктор, устройство и принцип работы которого подобен автоматической коробке передач.
В вариаторной коробке передач применяется, как правило, электронная система управления, которая выполняет следующие функции:
осуществление синхронного изменения диаметра шкивов вариатора в соответствии с режимами работы двигателя;
управление сцеплением;
обеспечение работы планетарного редуктора.
Непосредственное управление вариатором производится с помощью рычага селектора. Режимы управления аналогичны режимам автоматической коробки передач.
Поговорим о достоинствах вариатора
Вариаторы получают все большее распространение на машинах самых разных классов, к тому же и стоят они, обычно, дешевле хороших автоматов классического типа.
В последнее время на автоматических автомобилях встречается 8 передач. Это делается для сочетания высокой динамики и экономичности. И совсем не скоро мы увидим автоматы с десятью или даже с двенадцатью ступенями.
Вариатор – единственный из существующих на сегодняшний день видов КПП позволяет бесступенчато изменять передаточное отношение между двигателем и трансмиссией. А это значит, что для каждого режима работы автомобиля подбирается наиболее эффективное значение передаточного отношения, а не усредненное, как в любой другой коробке передач. Вариаторы уже находятся там, куда обычные автоматы никогда не придут. Ведь число передач у вариатора бесконечно!
Поскольку вариаторы располагают бесконечным числом передач, они позволяют двигателю работать на наиболее выгодных режимах. Следствием постоянной работы двигателя в оптимальном режиме является высокая экономичность, снижение токсичности выхлопных газов и лучшая динамика разгона автомобилей с вариаторами. А так как передаточное отношение изменяется плавно, а не ступенчато, то такие автомобили отличаются и плавностью хода. Отсутствие рывков при переключениях увеличивает срок службы узлов трансмиссии. Так же, как и «автоматы» они избавляют водителя от необходимости переключать передачи. Вариаторы имеют небольшой вес, простую конструкцию (по сравнению с АКПП) и достаточно надежны.
Обслуживание и диагностика вариаторов CVT
Но не стоит забывать о том, что любому, даже самому надежному автомобилю для безотказной эксплуатации необходимо регулярное обслуживание. Вы, как водитель должны быть заинтересованы в работе своего четырехколесного друга, который не раз вам помогал в жизни. И не важно, новый ли у вас автомобиль, или вы приобрели машину с пробегом, диагностика вариатора все равно не окажется лишней.
Специалисты «Центра автоматических трансмиссий» готовы произвести бесплатную диагностику вариатора CVT Вашего автомобиля с гарантией и в кратчайшие сроки.
Идеальна ли вариаторная коробка передач?
К сожалению нет. Главный недостаток вариаторов состоит в том, что они работают за счет трения, и поэтому могут передавать ограниченный крутящий момент, при превышении которого рабочие поверхности начинают проскальзывать и интенсивно изнашиваться. А это означает, что их нельзя использовать в паре с мощными двигателями. Поэтому сейчас все мощные автомобили укомплектованы либо механической, либо классической, либо роботизированной коробкой. Но прогресс не стоит на месте. На таких автомобилях как Audi A4, или кроссовер Nissan Murano стоит клиноремённый вариатор.
Что же мешает вариатору быть идеальной КПП?
- Ввиду ограничений по мощности вариаторы на сегодняшний день применяются только на легковых автомобилях, правда диапазон их использования вследствие технического прогресса постоянно расширяется. Другой минус вариатора заключается в достаточно высокой технической и технологической сложности конструкции.
- Вариатор не любит долгой работы в режиме максимальных нагрузок. «Спортивный» стиль вождения, резкие рывки и торможения приводят к его быстрому износу, что ведет к сравнительно дорогому обслуживанию и ремонту. Стихия вариатора — спокойное, плавное движение.
- Для вариатора требуется специальная трансмиссионная жидкость. Ремённые вариаторы могут через каждые 100-150 тысяч километров пробега требовать замены ремня. Стоимость масла для вариатора несколько дороже, чем для автомата.
Подводя итоги, отметим, что вариаторы является куда более совершенным типом трансмиссии по сравнению с традиционными автоматическими коробками передач. Совершенство проявляется в лучшей динамике разгона, меньшем расходе топлива, более плавной езде у автомобилей, оснащённых клиноременными вариаторами. И в тоже время, вариаторы проще по конструкции, чем традиционные «автоматы». Скорее всего, скоро автомобили оснащённые вариаторами полностью вытеснят машины, оснащённые АКПП, и сильно потеснят машины с МКПП.
Помните, если Вам понадобится профессиональная помощь специалистов, то «Центр автоматических трансмиссий» к Вашим услугам. Мы проведем бесплатную диагностику вариатора и при необходимости ремонт Вашего автомобиля. «Центр автоматических трансмиссий» гарантирует Ваше спокойствие за рулем.
Как устроен вариатор
Вариатор — особый подвид автоматических коробок передач. Придуманный много лет назад, распространение он получил только сейчас.
Листая автомобильные каталоги, многие встречали такую фразу: «На автомобиль устанавливается бесступенчатый вариатор». Или могли увидеть это словосочетание в таблице технических характеристик. Что такое механическая коробка передач, знают все (кроме, разве что, американцев), к «автомату» тоже давно все привыкли (особенно американцы). А вот вариатор — зверь малоизвестный. А ведь он далеко не новинка.
Вы удивитесь, но принадлежит это изобретение не Хонде и даже не Мерседесу. Патент на вариатор был выдан в конце XIX века! Более того, первый вариатор придуман и вовсе в 1490 году. Его автором оказался добродушный бородач Леонардо да Винчи.
Первый работоспособный автомобиль с этим типом трансмиссии, правда, появился не в эпоху Возрождения, а попозже — лет через пятьсот, в годах. Вариатор ставился серийно на автомобили DAF (в то время под этой маркой выпускались не только грузовики, но и легковушки). Потом нечто похожее начали делать и на Volvo, но широкое распространение вариаторы получили лишь сейчас.
По сути, вариатор (наиболее распространённое англоязычное обозначение — CVT — continuously variable transmission) — это, простите за тавтологию, вариация на тему автоматической коробки передач. И автомобиль, оборудованный им, на первый взгляд, ничем не выдаёт себя — педалей всего две и рычаг переключения режимов трансмиссии — P, R, N, D — такой же, как и у машины с традиционной АКПП. Всё привычно. Но работает вариатор совершенно . В нём нет фиксированных первой, второй, десятой передач. Попробуйте представить себе, сколько звёзд в нашей Вселенной или сколько песчинок на всех пляжах Земли вместе взятых — у вариатора передач всё равно намного больше. И «переключение» между ними происходит плавно и незаметно.
здесь нет толчков при трогании и «переключении». И не зря мы написали это слово в кавычках: переключений как таковых тут и нет. Вариатор непрерывно и плавно изменяет передаточное число по мере разгона или замедления автомобиля.
Вариаторы бывают нескольких типов: клиноремённые со шкивами переменного диаметра, цепные, тороидальные… Первый тип — самый распространённый. Посмотрим, как он устроен.
Клиноремённый вариатор MINI.
Вот наглядный пример: возьмём два карандаша (цилиндра), лежащих параллельно на некотором расстоянии друг от друга. Стягиваем их резинкой и начинаем крутить один из них. Тут же начинает крутиться и второй — с той же скоростью. Но если карандаши будут разного диаметра, начинается совсем другая история — пока один из них, что побольше, сделает один оборот, второй, скажем, два.
Вариатор устроен похоже, только диаметр «карандашей» у него постоянно меняется. У него два шкива, каждый из которых сделан в виде пары конусов, обращённых острыми концами друг к другу. А между шкивами зажат клиновый ремень.
Изменяя радиус огибания ремнём ведущего и ведомого шкива, можно плавно менять передаточное отношение.
Теперь, если каждая из пар конусов может двигаться друг к другу и обратно, мы получим шкивы с переменным рабочим диаметром. Ведь при раздвижении конусов ремень, соприкасающийся с ними своими рёбрами, будет как бы проваливаться к центру шкива и обегать его по малому радиусу. А при сближении конусов — по большому радиусу.
Осталось только снабдить оба шкива системой (как правило, это гидравлика, но может быть и иной сервопривод), которая будет строго синхронно сдвигать половинки первого шкива и раздвигать половинки второго. И если один шкив находится на ведущем валу (который идёт от двигателя), а второй — на ведомом (который ведёт к колёсам), то можно организовать изменение передаточного отношения в весьма широких пределах.
Остаётся ещё добавить узел, отвечающий за изменение направления вращения выходного вала (для заднего хода), а это может быть, скажем, обычная планетарная передача. И вот готова коробка-вариатор.
Кстати, интересный вопрос — какой тут используется ремень? Разумеется, простой ремень из резины и ткани, наподобие тех, что вращают генераторы и прочее навесное оборудование, здесь не прожил бы и тысячи километров. Ремни в клиноремённых вариаторах имеют сложное устройство.
Ремень в вариаторах, как видно, никакой вовсе не ремень, а наборная металлическая лента.
Это может быть стальная лента с неким покрытием или набор стальных тросов (лент) сложного сечения, на которые нанизано огромное число тонких поперечных стальных пластинок трапецевидной формы, края которых и контактируют со шкивами. Кстати, именно таким образом удалось создать толкающий ремень, передающий мощность не только той его половиной, которая бежит от ведомого к ведущему шкиву, но и противоположной. Обычный ремень при попытке передать сжимающее усилие просто сложился бы, а наборный стальной — обретает жёсткость.
А ещё в качестве клинового ремня может выступать широкая пластинчатая стальная цепь, соприкасающаяся с конусами своими краями. Именно такой «ремень» работает в вариаторах машин Audi.
Вот такая цепь используется в вариаторах фирмы Audi.
Интересно, что для смазки цепи применяется особая жидкость, которая меняет своё фазовое состояние под сильным давлением, возникающим в месте контакта со шкивом. Благодаря этому цепь может передавать значительное усилие, практически не проскальзывая, несмотря на очень маленькую площадь контакта.
Как именно вариатор будет менять передаточное число при разгоне, зависит от выбранной программы управления. Если при разгоне на обычном автомобиле мы на каждой передаче раскручиваем двигатель, затем переходим на следующую передачу и так далее, то при наборе скорости автомобиля с вариатором мотор остаётся на одних и тех же оборотах (скажем, на оборотах, соответствующих максимальному крутящему моменту), зато плавно меняется передаточное отношение.
Это создаёт несколько странные ощущения. Жмём газ в пол, мотор выходит на большие обороты, да так и остаётся на них в течение всего разгона, воя как пылесос. Зато темп разгона — высокий, да и на переключения между ступенями время не тратится.
Впрочем, в некоторых случаях вариатор настраивают так, чтобы разгон с ним больше напоминал увеличение скорости с обычной коробкой передач, с постепенным ростом оборотов мотора.
Разумеется, при попытке заехать на холм и при замедлении авто, несмотря на нажатие педали газа, умный вариатор не оставит «включённой» высокую передачу. Шкивы для уверенного штурма высоты быстро передвинутся обратно — чтобы увеличить крутящий момент на выходе из коробки.
А ещё на некоторых машинах можно выбрать режим с несколькими «виртуальными» передачами (с 6 или даже 8), задаваемыми электроникой. Передачами, между которыми вариатор будет резко перескакивать, словно классическая коробка «автомат». Ещё в этом случае можно переключать «передачи» по собственному желанию. Как на «автомате» с ручным секвентальным (последовательным) режимом.
Таким образом, у вариатора масса достоинств. Но есть и недостатки. Например, сравнительно небольшая, по современным меркам, «перевариваемая» мощность двигателя. Не зря такие коробки начали своё шествие по миру на машинах малого класса. Да и сейчас мощные автомобили — все сплошь и рядом укомплектованы либо «механикой», либо классическими «автоматами», либо роботизированными коробками.
Правда, прогресс идёт. И тут нельзя не вспомнить рекордсменов. Скажем, на Audi A4 2.0 TFSI клиноремённый вариатор Multitronic (с цепью) без проблем справляется с потоком в 200 «лошадей».
Вариатор Audi может передавать на колёса мощность свыше двухсот лошадиных сил.
Можно возразить, что класс D — это ещё не всё. Для автомобилей представительского и бизнес-класса, и тем более для крупного внедорожника — 200 сил уже не назовёшь такой уж большой величиной. Но достижения самых современных вариаторов на этом не исчерпываются. Так, на кроссовер Nissan Murano с 3, V6 мощностью 234 лошадиные силы ставят клиноремённый вариатор . Это одна из самых крупных и тяжёлых моделей, оснащённых вариатором. А что будет завтра?
Второй недостаток вариаторов — сравнительно дорогое обслуживание и ремонт, специальная, а значит, недешёвая, трансмиссионная жидкость. Ремённые вариаторы могут через каждые тысяч километров пробега требовать замены ремня. Масло при этом стоит несколько дороже, чем для «автомата», но зато менять его можно чуть реже — ориентировочно через тысяч километров для разных моделей автомобилей.
И всё же вариаторы получают всё большее и большее распространение на машинах самых разных классов, к тому же и стоят они, обычно, дешевле хороших «автоматов» классического типа.
Поскольку вариаторы располагают бесконечным числом передач, они позволяют двигателю работать на наиболее выгодных режимах — нужна ли нам (на светофорных гонках) максимальная мощность, или, напротив, плавность и наименьший расход топлива (при спокойной езде). Потому модели с вариаторами отличает, при прочих равных, высокая экономичность, сочетающаяся с не менее приличной динамикой.
Кстати, в последнее время наметилась тенденция к росту числа передач у классических «автоматов». В последних моделях встречается уже 8 передач (на легковой, заметим, машине). И делается это именно для сочетания высокой динамики и экономичности. Скоро увидим автоматы с десятью ступенями или даже с двенадцатью? А вот вариаторы уже находятся там, куда обычные автоматы с их переключаемыми планетарными рядами никогда не придут. Ведь число передач у вариатора бесконечно.
Что такое коробка вариатор: конструктивные особенности, преимущества и недостатки
Коробка вариатор – это бесступенчатая трансмиссия, которая способна плавно изменять передаточное число. В отличие от ступенчатых КПП (механическая коробка, гидромеханическая АКПП или роботизированная трансмиссия), вариатор не имеет так называемых фиксированных передач.
Под фиксированными передачами (ступенями) следует понимать входящие в зацепление друг с другом шестерни. Далее мы рассмотрим устройство вариатора и принцип работы трансмиссии данного типа, а также какие преимущества и недостатки имеет вариаторная коробка передач.
Коробка передач вариатор: что это такое и как работает
Итак, вариатор или вариаторная коробка передач обычно сокращенно обозначается как CVT (от англ. Continuously Variable Transmission), что означает трансмиссию, которая постоянно изменяется.
Вариатор по сравнению с аналогами имеет ряд преимуществ. Прежде всего, данный тип КПП дешевле в производстве, чем АКПП. Еще вариатор позволяет наиболее эффективно использовать мощность и крутящий момент ДВС.
Благодаря конструктивным особенностям удается гибко изменять передаточное число. Если просто, двигатель всегда работает в оптимальном режиме, который полностью соответствует конкретным условиям и нагрузкам.
Также отсутствие момента переключения передач означает, что разрыва потока мощности не происходит. В результате удается добиться высоких показателей топливной экономичности и разгонной динамики, а также обеспечить максимум комфорта при езде на автомобиле с вариатором СVT.
Отметим, что существует несколько типов вариаторов, однако в автоиндустрии используются клиноременный и тороидный вариатор. При этом клиноременный вариатор распространен намного больше.
Первым вариатором данного типа стал Variomatic, который устанавливался на автомобили в самом конце 50-х, позже появилась версия Transmatic, которая попала на конвейер в 1984 году.
Сегодня клиноременный вариатор активно используют различные мировые автопроизводители (например, Toyota Multidrive, Multitronic Audi, Xtronic Nissan и т.д.). Что касается менее распространенного тороидного вариатора, одним из наиболее известных является вариаторная коробка Extroid Nissan.
Общая конструкция вариатора предполагает наличие следующих базовых элементов:
- Устройство для передачи крутящего момента от ДВС на трансмиссию, а также позволяющее отсоединить КПП от силовой установки (аналогично нейтральной передаче);
- Вариаторная коробка передач, а также механизм задней передачи.
- Система управления вариатором (ЭБУ и набор датчиков).
Существует несколько видов так называемого сцепления АКПП:
- центробежное автоматическое сцепление;
- электромагнитное сцепление;
- многодисковое сцепление;
- гидротрансформатор.
При этом наиболее распространенным решением является гидротрансформатор, так как именно ГДТ позволяет добиться наиболее плавного преобразования крутящего момента, повысить комфорт и увеличить срок службы вариаторной КПП.
Если говорить непосредственно об устройстве самой коробки CVT, тогда следует начать с клиноременных вариаторов. Такой вариатор имеет одну или две ременные передачи. Ременная передача предполагает пару шкивов, которые соединены между собой при помощи клиновидного ремня.
Шкив, в свою очередь, состоит из двух конических дисков, которые имеют возможность сдвигаться и раздвигаться. Благодаря этому можно менять диаметр шкива.
Чтобы сблизить конусы, может быть использовано гидравлическое давление, конусы также сближаются при помощи центробежной силы или под воздействием усилия пружин. Сами конические диски находятся под углом наклона в 20 градусов, что позволяет ремню перемещаться о поверхности с минимальным сопротивлением.
На начальном этапе клиноременные вариаторы получали ремень из резины, однако срок службы такого ремня не превышал 50 тыс. км., также ремень был недостаточно гибким. В результате несколько ограничивалась возможность эффективно менять передаточное число.
Далее в устройстве вариаторных коробок начали применять гибкий металлический ремень, изготовленный из нескольких стальных полос. Передача крутящего момента производится посредством трения боковой поверхностью ремня и шкивами.
Стальной ремень вариатора оказался более прочным, гибким, отличается увеличенным сроком службы, КПП создает меньше шума во время работы. Благодаря такому ремню вариаторы стали массовыми.
Также некоторые производители вместо ремня используют металлическую цепь вариатора в устройстве коробки данного типа (клиноцепной вариатор). Цепь позволяет добиться еще большей гибкости и эффективности по сравнению с клиноременными вариаторами. Клиноцепной вариатор имеет самый высокий КПД, так как потери минимальны.
Дело в том, что крутящий момент передается торцевой поверхностью цепи. Другими словами, цепь более «плотно» контактирует с коническими дисками. Чтобы избежать ускоренного износа в местах контакта, конические диски выполнены из прочной стали.
Еще добавим, что конструкция вариатора не способна обеспечить автомобилю возможность двигаться задним ходом. Чтобы автомобиль с вариатором имел заднюю передачу, конструкторы применяют дополнительные устройства. Если точнее, вариатор CVT имеет планетарный редуктор для движения задним ходом. Планетарная передача аналогична устройству классической гидромеханической АКПП.
Работает коробка вариатор под управлением электронной системы. Электроника отвечает за синхронное изменение диаметра шкивов вариатора в точном соответствии с режимом работы ДВС. Также система управляет сцеплением и планетарным редуктором задней передачи.
Что касается включения режимов, управление вариатором осуществляется при помощи рычага (селектора), который находится в салоне автомобиля. Сами режимы аналогичны режимам АКПП (P-R-N-D-L, спортрежим, зимний, экономичный и т.д.), так как производители стремятся максимально облегчить и упростить взаимодействие с КПП для водителя.
Еще отметим, что вариатор также может иметь режим ручного переключения передач (Типтроник). Хотя вариаторная КПП конструктивно не имеет ступеней (передач), однако программно ЭБУ в ручном режиме начинает работать по алгоритму включения заранее запрограммированных фиксированных передаточных отношений (подобно Tiptronic на АКПП).
Появления такой функции на вариаторе не продиктовано какой-либо необходимостью, напрямую связанной с эксплуатацией и улучшением характеристик. Дело в том, что для многих водителей проблемой являются одинаковые обороты двигателя при разгоне, а также отсутствие ощущения смены передачи (ступени). Ручной режим позволяет добиться явного переключения «вверх» или «вниз» по аналогии с механикой или АКПП.
Принцип работы клиноременного вариатора и тороидного CVT
В основе работы клиноцепных и клиноременных вариаторов лежит синхронное изменение диаметров шкивов в зависимости от того, в каком режиме работает двигатель в определенный момент.
Возможность изменить диаметр шкива реализована посредством использования привода. Когда автомобиль с вариатором разгоняется, ведущий шкив вариатора имеет самый малый диаметр, конические диски находятся в полностью разжатом состоянии.
В свою очередь, ведомый диск имеет самый большой диаметр, то есть конические диски полностью сжаты. Как только обороты двигателя начинают увеличиваться, диаметр ведущего шкива также становится больше, при этом происходит уменьшение диаметра ведомого шкива.
Благодаря такому изменению диаметров шкивов происходит уменьшение передаточного числа. Дальше система управления вариатором «подбирает» такое соотношение диаметров, чтобы поддерживать двигатель в диапазоне оборотов, когда от ДВС можно получить наибольшую мощность и крутящий момент.
Так достигается и поддерживается оптимальный режим работы, при этом сохраняется динамика одновременно с экономией топлива. Еще добавим, как уже было сказано выше, кроме клиноременных существуют и тороидные вариаторы. Так вот, по конструкции тороидный вариатор имеет два соосных вала. Эти валы имеют сферическую поверхность.
Между валами с тороидной (сферической) поверхностью находятся специальные ролики. Чтобы изменить передаточное число, в вариаторе данного типа меняется положение роликов. При этом передача крутящего момента осуществляется посредством силы трения, возникающей между поверхностями роликов и валов.
Плюсы и минусы вариатора
Разобравшись с тем, что значит коробка вариатор в машине и как устроен агрегат, можно рассмотреть основные плюсы и минусы автоматической КПП данного типа.
Прежде всего, среди основных плюсов выделяют высокие показатели КПД трансмиссии, а также топливную экономичность и комфорт при езде, так как водитель не ощущает момента переключения передач.
Если говорить о недостатках, вариаторы имеют относительно небольшой ресурс, их обычно не устанавливают в паре с мощными двигателями, так как агрегаты не рассчитаны на высокие нагрузки. Другими словами, машины с вариатором СVT нельзя эксплуатировать агрессивно, такие автомобили больше подходят для спокойной езды.
Если же коробку нагружать, срок службы трансмиссии резко сокращается. Также коробка вариатор чувствительна к качеству и уровню масла. Необходимо менять масло в вариаторе каждые 30-40 тыс. км., при этом использовать только оригинальные трансмиссионные жидкости, рекомендуемые самим производителем авто или коробки.
Еще вариаторная КПП боится резких стартов, высоких оборотов ДВС, езды по бездорожью, буксировки прицепа или других авто, длительных пробуксовок в снегу или на льду (особенно если версия коробки с гидротрансформатором).
Отдельного внимания также заслуживает вопрос, как буксировать авто с вариатором в случае поломки. Необходимо строго придерживаться всех правил и рекомендаций. Также следует отметить низкую ремонтопригодность вариатора и высокую стоимость запчастей.
Напоследок отметим, что с учетом перечисленного выше ряда особенностей вариаторы обычно устанавливаются на легковые авто и кроссоверы. На практике, данная трансмиссия оптимально подходит для моделей, которые эксплуатируются в черте города или используются для езды по трассе без особых нагрузок на ДВС и КПП.
